齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)經(jīng)常伴隨著縮短傳動(dòng)元件使用壽命的現(xiàn)象。然而，通過匹配傳動(dòng)元件的強(qiáng)度可以有效地解決這個(gè)問題，從而提高齒輪的傳動(dòng)壽命。從齒輪嚙合機(jī)理的角度出發(fā),經(jīng)過對標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)參數(shù)的更改,使得蝸桿設(shè)計(jì)不僅可以滿足傳動(dòng)比和強(qiáng)度的要求,而且反映了緊湊的結(jié)構(gòu),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)部分的嚙合強(qiáng)度匹配。本文首先簡要闡述了齒輪動(dòng)態(tài)特性,再此基礎(chǔ)上研究了兩種齒輪參數(shù)的修正方法,即改變模量和同時(shí)改變壓力角和單一齒輪改變齒厚的兩種方法。 

隨著工具設(shè)計(jì)和制造水平的提高和程序化軟件的應(yīng)用和普及，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)理念逐漸被淘汰。在機(jī)械傳動(dòng)中，齒輪的初始嚙合會因硬度不同而引起磨損，長期磨損會導(dǎo)致動(dòng)能失效。因此，在對驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮傳動(dòng)比、強(qiáng)度、嚙合結(jié)構(gòu)等要求，以使變速箱的動(dòng)能傳遞最大化。國內(nèi)外有很多關(guān)于齒輪強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)和分析法是較為傳統(tǒng)的齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。近些年，有限元法深入剖析了各種對齒輪強(qiáng)度磨損的影響。

例如，在盒子尺寸限定的情況下，通過壓力角和模量的改變就可以調(diào)整變位系數(shù)，以達(dá)到提高傳遞強(qiáng)度的目的。本文介紹了經(jīng)過驅(qū)動(dòng)元件的耐久度來提高齒輪傳動(dòng)壽命方法：首先是通過改變模數(shù)來提高蝸輪的耐久性；其次是采用增大塑料齒輪齒厚而減薄蝸桿的齒厚來保證嚙合強(qiáng)度的匹配性，以保證是塑料齒輪與金屬蝸桿的有效嚙合傳動(dòng)。 

齒輪的動(dòng)態(tài)特性

齒輪的動(dòng)態(tài)特性有齒輪的固定性、動(dòng)態(tài)性、動(dòng)態(tài)參數(shù)等三大特性。 

（1）固有特性  齒輪的固定性指的是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的固有的傳動(dòng)頻率和模式，齒輪的固定特性是齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性重要的組成部分之一。其主要特點(diǎn)對齒輪系統(tǒng)的固定傳動(dòng)頻率與模式通過參數(shù)方法進(jìn)行研究的一種方式。通過有限元法計(jì)算齒輪和箱體結(jié)構(gòu)的固有頻率和模式。運(yùn)用對齒輪系統(tǒng)的靈敏度、動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)來研究齒輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、幾何、傳動(dòng)規(guī)律、模式等參數(shù)， 并對其進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的固有特性。 

（2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)  齒輪系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的主要部分，包括齒輪的在傳動(dòng)過程中的嚙合以及零部件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。研究齒的動(dòng)態(tài)嚙合力主要是了解齒輪動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的機(jī)理、尺寸、性質(zhì)等。齒輪的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)參數(shù)激勵(lì)的傳動(dòng)系統(tǒng)，與其它機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)不同的是齒輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題。通過對齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題進(jìn)行分析，找出其影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵原因所在，為齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考。 

（3）動(dòng)態(tài)系統(tǒng)參數(shù)  齒輪動(dòng)態(tài)系統(tǒng)參數(shù)主要是進(jìn)行對齒輪在傳動(dòng)過程中各種動(dòng)態(tài)性能的研究，是研究齒輪系統(tǒng)動(dòng)性能對齒輪傳動(dòng)的影響。通過對行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)靈敏度分析，定量各種齒輪系統(tǒng)靈敏度參數(shù)以對齒輪在系統(tǒng)在傳動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

可變模量和可變壓力角設(shè)計(jì)

當(dāng)傳動(dòng)箱內(nèi)齒輪在傳動(dòng)過程中嚙合時(shí)，進(jìn)入嚙 合區(qū)域內(nèi)的各個(gè)齒輪要滿足其嚙合條件。齒輪的交 替嚙合是最為正確的結(jié)合方式，必須使嚙合線上的 兩個(gè)相近齒輪在嚙合線基圓距離相等，兩個(gè)齒廓嚙合線與齒距相等，即：

Pb1 = Pb2     （1）

上式中，Pb1與 Pb2 代表齒輪的基圓齒距。 

將 Pb1＝πmicosai 帶入式一可得：πm1cosa1=πm2cosa2 （2） 

由于齒輪強(qiáng)度在設(shè)計(jì)中，模數(shù)和壓力角參數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)值，所以公式二要滿足 m1 = m2、a1 ＝ a2.由于齒輪強(qiáng)度在設(shè)計(jì)中，模數(shù)和壓力角參數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)值，所以公式二要滿足。因此，通常的接合條件是：主驅(qū)動(dòng)輪模量和壓力角相等。但從式二中可以看出，只要兩對齒輪基線一致就可以正常嚙合。而對于蝸輪傳動(dòng)來講，其主要材料是銅合金，而鋼是蝸桿的主要材料，因此要進(jìn)行淬火。在使用過程中由于蝸桿硬度較高，早期會對渦輪產(chǎn)生磨損。如果綜將蝸桿、渦輪的強(qiáng)度系數(shù)綜合考慮，早期的磨損問題便可以得到解決。即通過式二可知，這樣不僅增加了蝸桿壓力角和模數(shù)使得蝸輪強(qiáng)度增加，而且在降低蝸桿強(qiáng)度同時(shí)減少了蝸桿與渦輪的初期磨損。根據(jù)式一、式二，齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)過程中同時(shí)增加模量與壓力角來進(jìn)一步提高強(qiáng)度系數(shù)。 

變齒厚設(shè)計(jì)

塑料齒輪非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)化的齒輪模量和壓力角制造在我國工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。而且，在兩個(gè)齒輪嚙合條件相匹配的情況下，滿足等式方程就能實(shí)現(xiàn)齒輪的正確嚙合。由于塑料齒輪由模具成型，沒有機(jī)加工的難易問題，可以設(shè)計(jì)成非標(biāo)準(zhǔn)的塑料齒輪，這種設(shè)計(jì)好處在于：cosa函數(shù)在（0，π/2）區(qū)間內(nèi)，余弦函數(shù)是遞減函數(shù)，即a越大cosa越小。假設(shè)m1和a1取非標(biāo)準(zhǔn)值，如m1=1，a1= 20°此時(shí)，可以設(shè)計(jì)出非標(biāo)配套的齒輪，而且其值比原先的參數(shù)較大，齒輪強(qiáng)度的提升對于齒輪副來講作用也非常明顯。鑒于此，塑料齒輪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)范圍可以更加廣闊，其實(shí)用性以及使用價(jià)值都得到提升。 

結(jié) 語

在傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)相似、中心距離相等的情況下，增加了銅蝸桿模數(shù)與壓力角可增強(qiáng)齒輪強(qiáng)度，顯著提升蝸桿臂的嚙合強(qiáng)度。

其次，銅渦輪齒厚增大，減薄蝸桿齒厚，這大大的提升了塑料齒輪和金屬蝸桿的使用年限，且陳本較低，適合批量生產(chǎn)。采用本文介紹的方法，開發(fā)的蝸輪在越野車以及踏板自動(dòng)起落架減速機(jī)上得到應(yīng)用，使用效果良好。

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